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110 kV電網(wǎng)計(jì)算機(jī)整定計(jì)算新方案
摘 要 根據(jù)110 kV電網(wǎng)的變化以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，提出了110 kV電網(wǎng)計(jì)算機(jī)整定計(jì)算的新方案——準(zhǔn)專家系統(tǒng)模式，介紹了該方案總體設(shè)計(jì)、實(shí)施條件及各模塊的功能，并指出簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)模型、友好的用戶界面、靈活的輸入輸出是110 kV電網(wǎng)計(jì)算機(jī)整定計(jì)算軟件的開發(fā)方向。
關(guān)鍵詞 110 kV電網(wǎng) 整定計(jì)算 準(zhǔn)專家系統(tǒng)模式 計(jì)算機(jī)
Abstract According to the changes in 110 kV power network configuration and the development of computer technology,this paper presents a new scheme for computer-based setting calculation of 110 kV power networks,i.e,the quasi-expert-system mode.The overall design and the modules of the scheme are introduced.The advantages of the scheme in terms of simple mathematical models,friendly man-machine interface and flexible input／output are indicated as well.
Key words 110 kV power network,setting calculation,quasi-expert-system mode,computer
110 kV電網(wǎng)繼電保護(hù)整定計(jì)算是一項(xiàng)十分復(fù)雜的技術(shù)工作。它要求按照一定的整定計(jì)算原則，以電網(wǎng)的短路電流計(jì)算為基礎(chǔ)，進(jìn)行大量反復(fù)的定值計(jì)算、比較和篩選，工作量很大。因此，怎樣把整定計(jì)算人員從繁雜的計(jì)算中解放出來，成為許多專家學(xué)者和技術(shù)人員追求的目標(biāo)。計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展使實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)有了技術(shù)支持。
從70年代后期，計(jì)算機(jī)整定計(jì)算的開發(fā)工作就開始了。由于短路電流計(jì)算的理論基礎(chǔ)雄厚，數(shù)學(xué)模型成熟，因此在80年代用計(jì)算機(jī)進(jìn)行短路電流計(jì)算得到了普及。之后在短路電流計(jì)算的基礎(chǔ)上，沿用網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)法的基本模式，開發(fā)了一些整定計(jì)算軟件，這些軟件在一部分220 kV電網(wǎng)中的應(yīng)用有了一些成功的經(jīng)驗(yàn)，而對(duì)于110 kV電網(wǎng)，到目前為止，還沒有比較成熟的軟件。這主要是由于220 kV及以上電壓等級(jí)的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)規(guī)范，相應(yīng)的繼電保護(hù)整定計(jì)算能夠用規(guī)范的數(shù)學(xué)方法描述；而110 kV電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)不規(guī)范，如有短線群、T接線、小電源等，這樣在110 kV電網(wǎng)的整定計(jì)算中既有用數(shù)學(xué)方法描述的確定性問題，也有大量需要用人的經(jīng)驗(yàn)才能處理的問題。要解決這些問題，就要用到專家系統(tǒng)的一些基本方法，建立可修改的規(guī)則庫(kù)，整定人根據(jù)整定時(shí)的具體情況使用這些規(guī)則，建立一定的邏輯關(guān)系，邏輯關(guān)系一旦建立，無論系統(tǒng)的其他參數(shù)如何變化，整定計(jì)算都可能自動(dòng)完成。由于其邏輯關(guān)系的建立需要一定的人工干預(yù)，因此我們稱這種方法為準(zhǔn)專家系統(tǒng)模式的計(jì)算機(jī)整定計(jì)算。
1 整定計(jì)算的條件
以往的整定計(jì)算軟件在開發(fā)的時(shí)候，我國(guó)的大多數(shù)110 kV電網(wǎng)還是環(huán)網(wǎng)運(yùn)行，這些軟件充分考慮了220 kV電網(wǎng)同110 kV環(huán)網(wǎng)之間電磁環(huán)的存在對(duì)保護(hù)整定的影響，并因此增加了軟件的復(fù)雜程度，降低了其靈活性。這些軟件對(duì)于110 kV電網(wǎng)保護(hù)的整定不規(guī)范、失配點(diǎn)多、非常規(guī)整定多的問題沒有重視，大大降低了計(jì)算出的結(jié)果的實(shí)用價(jià)值。另外受軟件開發(fā)平臺(tái)的限制，開發(fā)者在人機(jī)界面的方便程度考慮較少，使得人工干預(yù)非常煩瑣，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，不得不棄而不用。
準(zhǔn)專家系統(tǒng)模式的計(jì)算機(jī)整定計(jì)算能夠解決以往的軟件應(yīng)用到110 kV電網(wǎng)時(shí)所遇到的問題，其主要依據(jù)有兩點(diǎn)：110 kV電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的變化和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展。
1.1 110 kV電網(wǎng)形成單電源的輻射結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)化了整定計(jì)算
隨著220 kV的主輸電網(wǎng)絡(luò)的形成，原來的110 kV環(huán)網(wǎng)得以解環(huán)運(yùn)行，從而形成了以220 kV變電站為中心電源的輻射型結(jié)構(gòu)的分區(qū)網(wǎng)絡(luò)，使得110 kV的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)大大地簡(jiǎn)化。由于不再考慮電磁環(huán)，也使得110 kV電網(wǎng)的整定計(jì)算軟件的開發(fā)思路發(fā)生了重大改變。解環(huán)運(yùn)行之后，分區(qū)網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模較以前減少了許多，各電力元件之間的保護(hù)配合關(guān)系變得非常簡(jiǎn)單，如果仍沿用節(jié)點(diǎn)方程的方法進(jìn)行整定計(jì)算，一方面將簡(jiǎn)單問題復(fù)雜化，另一方面仍不能解決短線群、T接線、小電源的問題。準(zhǔn)專家模式是將電力元件的所有的整定配合關(guān)系歸納為相應(yīng)的用計(jì)算公式表示的規(guī)則(由于不存在電磁環(huán)，這些規(guī)則的數(shù)目及復(fù)雜程度都大大降低)，然后由整定人選擇所整定的電力元件的整定規(guī)則。這種模式簡(jiǎn)單、直觀，對(duì)整定計(jì)算全過程可進(jìn)行有效的控制。
1.2 計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展為新模式提供強(qiáng)大的技術(shù)支持
最早進(jìn)行整定計(jì)算軟件的開發(fā)大約是在七八十年代，現(xiàn)在計(jì)算機(jī)軟硬件的技術(shù)水平同當(dāng)時(shí)相比不可同日而語。當(dāng)時(shí)編制軟件最先要考慮的是軟件的運(yùn)行速度以及數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)容量，其次才是用戶界面，而以目前的計(jì)算機(jī)技術(shù)水平，對(duì)于編制這種規(guī)模的軟件，其運(yùn)算速度及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量可以不予考慮，因此其重點(diǎn)應(yīng)該是良好的用戶界面。準(zhǔn)專家系統(tǒng)模式完全在系統(tǒng)一次圖形界面上完成參數(shù)數(shù)據(jù)的輸入、計(jì)算過程的控制、計(jì)算結(jié)果的輸出，大大降低了使用者掌握軟件的難度，不經(jīng)培訓(xùn)就可以方便地使用。
2 整定計(jì)算的實(shí)施方案
2.1 方案總體設(shè)計(jì)
該方案由以下幾個(gè)模塊組成：電網(wǎng)拓?fù)淅L圖模塊、參數(shù)數(shù)據(jù)輸入模塊、短路電流計(jì)算模塊、整定計(jì)算規(guī)則模塊、整定計(jì)算模塊、ODBC接口模塊�？傮w設(shè)計(jì)原理如圖1所示。(圖略)
圖1 準(zhǔn)專家系統(tǒng)模式整定計(jì)算方案總體設(shè)計(jì)原理圖
由圖1可以看出，整定計(jì)算的全過程都是在系統(tǒng)一次圖形的界面下完成，不需要使用者對(duì)底層進(jìn)行操作。在專用的電網(wǎng)拓?fù)淅L圖模塊下，一次圖一旦繪好，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)就建成，結(jié)構(gòu)中各單元同系統(tǒng)各元件一一對(duì)應(yīng)，這種對(duì)應(yīng)是由軟件完成，毋需人工干預(yù)；參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)、短路電流數(shù)據(jù)庫(kù)、規(guī)則庫(kù)都是整定計(jì)算的數(shù)據(jù)源，其中參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)、短路電流數(shù)據(jù)庫(kù)與系統(tǒng)一次結(jié)構(gòu)緊密相關(guān)，當(dāng)系統(tǒng)一次結(jié)構(gòu)變化后，這兩個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)的內(nèi)容相應(yīng)修改。整定規(guī)則庫(kù)則完全獨(dú)立，其修改、補(bǔ)充等操作單獨(dú)進(jìn)行。
2.2 功能模塊介紹
2.2.1 電網(wǎng)拓?fù)淅L圖模塊
電網(wǎng)拓?fù)淅L圖模塊是一個(gè)面向?qū)ο蟮碾娋W(wǎng)繪圖工具，能夠支持全屏幕動(dòng)態(tài)縮放、屏幕漫游，以基本圖元(如線路、斷路器、變壓器等)為繪圖單位，進(jìn)行系統(tǒng)一次網(wǎng)絡(luò)圖的繪制，各圖元通過定義形成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，性能優(yōu)良且操作方便。除了具有圖形編輯軟件的一般功能外，它的最大特點(diǎn)在于可以無隙地嵌入數(shù)據(jù)庫(kù)和
保護(hù)整定計(jì)算模塊。因此，該模塊實(shí)際上充當(dāng)了本系統(tǒng)的用戶交互界面，用戶在圖上即可進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)操作并可啟動(dòng)線路或變壓器的保護(hù)整定計(jì)算。
2.2.2 參數(shù)數(shù)據(jù)輸入模塊
在系統(tǒng)一次圖上，在定義好的圖元上輸入?yún)?shù)數(shù)據(jù)，經(jīng)過計(jì)算機(jī)處理后形成參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)，并同網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)一一對(duì)應(yīng)。參數(shù)數(shù)據(jù)能夠在系統(tǒng)一次圖上打印出來。
2.2.3 短路電流計(jì)算模塊
利用已形成的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)果及參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)，以各母線為故障點(diǎn)，計(jì)算大小運(yùn)行方式下三相短路、兩相短路、單相接地、兩相短路接地的故障電流，形成短路電流數(shù)據(jù)庫(kù)，并能夠以一定格式輸出打印。
2.2.4 整定計(jì)算規(guī)則模塊
以單電源輻射型網(wǎng)絡(luò)為主要整定對(duì)象，充分考慮短線群、T接線、小電源對(duì)整定計(jì)算的影響，將各種保護(hù)的整定方法總結(jié)、歸納，形成標(biāo)準(zhǔn)化、公式化的規(guī)則庫(kù)。
2.2.5 整定計(jì)算模塊
模塊分為整定設(shè)置、線路保護(hù)整定及元件保護(hù)整定三部分。整定計(jì)算所需的有關(guān)系數(shù)要求，例如靈敏系數(shù)、可靠系數(shù)、配合系數(shù)、整定原則等，整定前在整定設(shè)置菜單下填入。
線路保護(hù)整定計(jì)算分三種方式：
1)全自動(dòng)方式：所有整定步驟由計(jì)算機(jī)完成，沒有人工干預(yù)；
2)半自動(dòng)方式：由人工指定失配點(diǎn)及失配參數(shù)，計(jì)算機(jī)完成后面的工作；
3)全人工方式：全部整定步驟采用問答式，由整定人逐步完成，每一步的計(jì)算結(jié)果均在屏幕顯示。
保護(hù)整定均在系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)界面上進(jìn)行，根據(jù)用戶在系統(tǒng)一次圖上選定的電力元件，直接啟動(dòng)相應(yīng)保護(hù)的整定計(jì)算模塊，通過調(diào)用參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)、短路電流數(shù)據(jù)庫(kù)、規(guī)則庫(kù)的內(nèi)容進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算過程可人工干預(yù)。
所有的計(jì)算結(jié)果均以整定計(jì)算書的形式輸出。
2.2.6 ODBC接口模塊
整定計(jì)算是在一次圖形界面上完成的，要通過ODBC(Open DataBase Connectivity，開放數(shù)據(jù)庫(kù)互聯(lián))將參數(shù)數(shù)據(jù)、短路電流數(shù)據(jù)以及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)參數(shù)結(jié)合起來，完成相應(yīng)的計(jì)算。
2.3 方案的特點(diǎn)
該方案具有以下特點(diǎn)：
1)數(shù)學(xué)模型簡(jiǎn)單
由于以單電源輻射型網(wǎng)絡(luò)作為整定計(jì)算的對(duì)象，大大簡(jiǎn)化了整定計(jì)算的數(shù)學(xué)模型，從而使整定計(jì)算的復(fù)雜程度大大降低。
2)人機(jī)界面友好
數(shù)學(xué)模型簡(jiǎn)單使開發(fā)者在開發(fā)平臺(tái)的選擇上有很大的余地，不用對(duì)平臺(tái)的數(shù)學(xué)計(jì)算能力有太高要求，因此可以充分利用近年來推出的優(yōu)秀商業(yè)軟件，從用戶角度開發(fā)出具有直觀、簡(jiǎn)單、靈活的人機(jī)界面的軟件。
3)輸入輸出設(shè)計(jì)靈活
參數(shù)的輸入完全在系統(tǒng)一次圖形界面上完成，徹底擯棄了過去需要用戶做節(jié)點(diǎn)編號(hào)、做數(shù)據(jù)文件的方法，大大降低了工作量。計(jì)算結(jié)果的輸出有兩種方式，一是在屏幕輸出，這樣可以讓整定人監(jiān)視整定計(jì)算的每一個(gè)步驟，這對(duì)于整定計(jì)算的審核十分有利；第二種方式是以整定計(jì)算書的形式輸出，可以文本格式進(jìn)行編輯，由于目前微機(jī)保護(hù)的許多小定值不是計(jì)算的結(jié)果，而是運(yùn)行方式的一些具體要求，因此對(duì)整定計(jì)算書進(jìn)行必要的編輯，一方面使計(jì)算書更加完整，另一方面對(duì)無紙化辦公也有一定的意義。
3 開發(fā)軟件的選擇
3.1 軟件運(yùn)行平臺(tái)：中文Windows95
中文Windows95是一個(gè)32位的操作系統(tǒng)，它是專門為中國(guó)大陸的用戶而設(shè)計(jì)的，因此它具有內(nèi)置的雙字節(jié)漢字內(nèi)核，無需再外掛中文平臺(tái)即可顯示漢字，極大地方便了國(guó)內(nèi)用戶。Windows95與Windows3.X以及DOS相比較，有操作容易、支持搶先式多任務(wù)、運(yùn)行穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。
3.2 數(shù)據(jù)庫(kù)接口工具：Microsoft ODBC 2.0
Microsoft ODBC 2.0是一個(gè)由微軟公司在90年代初提出的開放式數(shù)據(jù)庫(kù)互連的標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)展到現(xiàn)在在技術(shù)上已相當(dāng)成熟，幾乎所有主要的數(shù)據(jù)庫(kù)開發(fā)商都提供了相應(yīng)的ODBC驅(qū)動(dòng)程序。ODBC的優(yōu)點(diǎn)在于它使程序員無須關(guān)心他所要存取的數(shù)據(jù)源的類型、位置和格式等。他只需調(diào)用相同的API函數(shù)來和ODBC接口打交道即可，直接和某個(gè)特定的數(shù)據(jù)庫(kù)交互則由ODBC來完成。這樣，一方面使程序員的工作量大為減輕，另一方面使得程序更加靈活，因?yàn)楫?dāng)?shù)蛯訑?shù)據(jù)庫(kù)發(fā)生變化(如數(shù)據(jù)庫(kù)由DBASE變?yōu)锳CCESS)時(shí)，慶用程序不須做較大的改動(dòng)可適應(yīng)新的數(shù)據(jù)源。
3.3 數(shù)據(jù)庫(kù)開發(fā)軟件：Microsoft Access97中文版
Microsoft Access97中文版是微軟公司在1997年推出的最新的數(shù)據(jù)庫(kù)開發(fā)及管理軟件，它在小型的數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用中具有許多優(yōu)點(diǎn)。它是一個(gè)臺(tái)式的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)，但同時(shí)又可被應(yīng)用到客戶／服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)前端機(jī)的開發(fā)應(yīng)用中。它生成的數(shù)據(jù)庫(kù)僅由一個(gè)文件組成，極易管理。而且，它的開發(fā)平臺(tái)是基于Windows95的，能充分利用其穩(wěn)定、多任務(wù)的優(yōu)勢(shì)，并給開發(fā)人員一個(gè)良好的開發(fā)界面，操作相當(dāng)容易。它具有以下特點(diǎn)：
(1)Access支持多種數(shù)據(jù)形式，可以從FoxPro，Paradox 3.X，Lotus1-2-3.X，Dbase，Lotus1-2-3，Microsoft Excel和Betrieve中引入數(shù)據(jù)。
(2)提供一整套極富特色的集成窗口式菜單開發(fā)環(huán)境，所有對(duì)象的屬性采用窗口式表達(dá)，大大減少了編程語言，使得建立、編輯和調(diào)試一個(gè)應(yīng)用程序既輕松又快速。
(3)Access本身并不是一個(gè)面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)(OODBMS)，但它是一個(gè)面向?qū)ο蟮拈_發(fā)環(huán)境。
(4)Access引入了SQL數(shù)據(jù)庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)查詢語言，用戶可能直接在程序中嵌入SQL語言，從而使Access成為比較完善的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。
(5)在Access中，可使用Windows API函數(shù)，支持OLE和DDE。
(6)Access中的數(shù)據(jù)庫(kù)安全控制機(jī)制也是傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)無法比擬的。
3.4 編程語言：Microsoft Visual C++5.0
Microsoft Visual C++5.0是微軟公司最新推出的應(yīng)用程序開發(fā)工具。較之其他同類產(chǎn)品(如Borland C++5.0，Watcom C++等)，功能更加強(qiáng)大。它支持Windows平臺(tái)上幾乎所有技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)，其編譯器支持增量編譯，每次編譯只將修改過的部分重編譯一遍，而其他部分不動(dòng)，大大加快了編譯速度，縮短了開發(fā)時(shí)間。在Visual C++5.0中，Class Wizard的
功能大為增強(qiáng)，可以為開發(fā)人員自動(dòng)生成許多代碼，使開發(fā)人員能夠把精力集中于程序所要實(shí)現(xiàn)的特定功能上，不必為一些細(xì)節(jié)浪費(fèi)時(shí)間。
4 結(jié)束語
由于110 kV電網(wǎng)本身所固有的一些特性，一直以來，計(jì)算機(jī)這一先進(jìn)的工具沒有在110 kV電網(wǎng)的整定計(jì)算領(lǐng)域得到有效的應(yīng)用。本文根據(jù)近年來電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的變化以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，提出了110 kV電網(wǎng)計(jì)算機(jī)整定計(jì)算的一種新方案，該方案具有數(shù)學(xué)模型簡(jiǎn)單、人機(jī)界面友好、輸入輸出靈活的特點(diǎn)，具有較強(qiáng)的可操作性。在將來，根據(jù)計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，將引入更多的人工智能技術(shù)，使軟件的自動(dòng)化程度更加提高。
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